(57)【要約】【課題】  鉄心に発電用の永久磁石を組み込むとともに、永久磁石の磁気短絡を生じさせないようにしつつ永久磁石の露出部の錆を防止すること。【解決手段】  フライホイールで代表されるロータ１の周面に対向する位置に点火用エキサイタコイルとしての発電用コイル８を巻装して鉄心４を配置する。鉄心４の磁極５，７に形成された切り込み孔内に永久磁石１０を嵌挿する。ロータ１の周面に設けられ、永久磁石１０によって生じる磁束の磁路を形成する少なくとも一つの誘導子１１を設ける。永久磁石１０の露出部を覆う磁石カバー部分およびエキサイタコイル８を収容するコイルケース部分を含む樹脂カバー２０を装着する。鉄心４に装着されているエキサイタコイル８および永久磁石１０は樹脂カバー２０を成形する工程で樹脂によって封止される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの回転によって発電する磁石発電装置において、
前記ロータの周面に対向する位置に発電用コイルを巻装して配置された鉄心と、
前記鉄心に形成された切り込み内に装着された永久磁石と、
前記ロータの前記周面に設けられ、前記永久磁石によって生じる磁束の磁路を形成する少なくとも一つの誘導子と、
前記永久磁石の露出部を覆う樹脂カバーとを具備したことを特徴とする磁石発電装置。
【請求項２】
前記樹脂カバーが、前記発電用コイルを収容するコイルケース部分および該コイルケース部分と一体に形成されている磁石カバー部分からなることを特徴とする請求項１記載の磁石発電装置。
【請求項３】
前記樹脂カバーを成形する工程で、前記鉄心に装着されている前記発電用コイルおよび前記永久磁石が樹脂によって封止されることを特徴とする請求項２記載の磁石発電装置。
【請求項４】
前記永久磁石の露出部の一部分が、前記鉄心を支持する支持部材の一面で覆われ、前記露出部の残りの部分が前記樹脂カバーによって覆われており、前記鉄心が、前記樹脂カバーを介して前記鉄心を支持する支持部材に固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁石発電装置。
【請求項５】
前記磁石カバー部分が、前記永久磁石が装着された前記鉄心を取り巻く筒状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の磁石発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石発電装置に関し、特に、比較的小型のエンジンに使用される点火装置とか、バッテリの充電用や灯火装置用の電源として好適な磁石発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
比較的小型のエンジンに使用される点火装置とか、バッテリの充電用や灯火装置用の発電装置において、有底円筒状（椀形）のフライホイールに、その縁の内周面に沿うように弧状に形成された永久磁石をねじ止めや接着など適当な接合手段で取り付け、さらに永久磁石より内周側に鉄心と発電コイルとを配置した磁石発電装置が知られる（例えば、特公昭６１−２５３４７号公報）。
【特許文献１】特公昭６１−２５３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載されたようなフライホイール磁石発電装置では、高速回転するフライホイールに永久磁石を取り付けるので、強固に固定する必要があり取付作業に手間がかかる。
【０００４】
また、大きい発電出力を得るためには、永久磁石の個数を増やしてフライホイールの１回転毎の発電コイル内の磁束変化を増す必要があるし、永久磁石を取り付ける作業がさらに多くなって大変に手間がかかるという問題がある。
【０００５】
本発明は、この問題に対してなされたものであり、フライホイール側に永久磁石を取り付けずに発電出力を得ることができる磁石発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ロータの回転によって発電する磁石発電装置において、前記ロータの周面に対向する位置に発電用コイルを巻装して配置された鉄心と、前記鉄心に形成された切り込み内に装着された永久磁石と、前記ロータの前記周面に設けられ、前記永久磁石によって生じる磁束の磁路を形成する少なくとも一つの誘導子と、前記永久磁石の露出部を覆う樹脂カバーとを具備した点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、前記樹脂カバーが、前記発電用コイルを収容するコイルケース部分および該コイルケース部分と一体に形成されている磁石カバー部分からなる点に第２の特徴がある。
【０００８】
また、本発明は、前記樹脂カバーを成形する工程で、前記鉄心に装着されている前記発電用コイルおよび前記永久磁石が樹脂によって封止される点に第３の特徴がある。
【０００９】
また、本発明は、前記永久磁石の露出部の一部分が、前記鉄心を支持する支持部材の一面で覆われ、前記露出部の残りの部分が前記樹脂カバーによって覆われ、前記鉄心が、前記樹脂カバーを介して前記鉄心を支持する支持部材に固定されている点に第４の特徴がある。
【００１０】
また、本発明は、前記磁石カバー部分が、前記永久磁石が装着された前記鉄心を取り巻く筒状に形成されている点に第５の特徴がある。
【発明の効果】
【００１１】
上記第１の特徴を有する本発明によれば、フライホイールには、誘導子を設けるだけでよいので、構成がきわめて簡単となる。また、鉄心内に装着された永久磁石の露出部を樹脂カバーで覆うことができるので、磁石の錆の原因となる水分の浸入を防止することができるし、樹脂カバーを用いるので、永久磁石の磁気短絡を防止することもできる。
【００１２】
第２の特徴によれば、永久磁石を、コイルケース部分と一体で磁石カバー部分を形成することができるので、コイルケース部分を取り付けることによって、磁石カバー部分で永久磁石を封止することができる。
【００１３】
第３の特徴によれば、樹脂カバーの成型工程で、鉄心に装着された発電用コイルと永久磁石とを封止することができるので、樹脂カバーを鉄心に装着する作業が省略される。
【００１４】
第４の特徴によれば、永久磁石の露出部の全面を前記樹脂カバーで覆う必要がなく、露出部を部分的に覆えばよいので樹脂カバーの形状を簡単にできる。
【００１５】
第５の特徴によれば、樹脂カバーが、磁極を取り巻く形状であるので、樹脂カバーを磁極に確保しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る点火装置の要部構成を示す正面図である。図１において、ロータ１は、例えば、図示しないエンジンのクランク軸２に連結されたフライホイールであり、エンジンの回転に同期して矢印Ｒで示した方向に回転する。ロータ１の外周面に対向する位置にはエキサイタ３が配置される。
【００１７】
エキサイタ３の鉄心４は、一端が互いにつながれ、他端が開放されて全体としてアルファベットの「Ｅ」形状をなす３本の磁極５，６，７を有する。鉄心４は、前記「Ｅ」形状に打ち抜かれた複数枚の電磁鋼板を積層して構成される。鉄心４の中央の磁極６には、点火発電用コイルとしての発電用コイルつまりエキサイタコイル８が、絶縁性材料からなるボビン９を介して巻装されている。
【００１８】
磁極５，７の先端寄り、つまりロータ１の外周面寄りには、永久磁石１０がそれぞれ埋め込まれている。鉄心４を構成する電磁鋼板の打ち抜き時に永久磁石１０を嵌挿可能な孔つまり切り込み孔を同時に成型し、永久磁石１０は、鋼板の積層後にこの成型された孔に正面から嵌め込まれる。永久磁石１０は、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系（ネオジウム−鉄−ボロン系）など、希土類磁石であるのが望ましい。磁極５，６に組み込まれた永久磁石１０，１０は、互いの極性が逆方向側になるように配置される。例えば、磁極５内の永久磁石１０はロータ１に近い側はＳ極とし、ロータ１から遠い側をＮ極とする一方、磁極７内の永久磁石１０はロータ１から遠い側をＳ極とし、ロータ１に近い側をＮ極とする。
【００１９】
ロータ１の外周面には、磁性板からなる誘導子１１が固定される。誘導子１１は、ロータ１の位置に応じて、磁極５および６間、あるいは磁極６および７間をつないで永久磁石１０による磁束Φ１およびΦ２（磁束Φ２は図２を参照して後述）の閉磁路を形成する。誘導子１１は磁極５，６間、あるいは磁極６，７間の開放磁路が同時に閉磁路とならないように、図１に示す長さに設定される。
【００２０】
図２は、第２の位置における点火装置の正面図である。図２では、ロータ１が図１に示した第１の位置から矢印Ｒの方向に回動して、誘導子１１が磁極６および７間に対向する第２の位置に至っている。誘導子１１がこの第２の位置にあるときは、磁極７に埋め込まれた永久磁石１０が磁極７、誘導子１１、および磁極６を通る磁束Φ２を形成する。
【００２１】
図１および図２で説明した通り、永久磁石１０，１０の互いの極性の配置によって、エキサイタコイル８内を通過する磁束Φ１およびΦ２の向きは互いに反対になる。したがって、エキサイタコイル８内を通る磁束の向きや磁束数は、鉄心４に対する誘導子１１の位置つまりロータ１の回転位置によって変化する。
【００２２】
図３は、エキサイタコイル８を含む点火回路の一例を示す図である。同図において、エキサイタコイル８の両端はイグニッションコイル１２の一次側コイルＴ１に接続される。エキサイタコイル８とイグニッションコイル１２の一次側Ｔ１との間にはサイリスタ１３が接続される。また、エキサイタコイル８とイグニッションコイル１２の一次側コイルＴ１との間には整流用のダイオード１４、逆流防止用のダイオード１５が接続される。サイリスタ１３およびダイオード１４の接続点と、ダイオード１５および一次側コイルＴ１の接続点との間にはコンデンサ１７が接続される。サイリスタ１３のゲートにはゲート回路１６が接続される。ゲート回路１６は、エキサイタコイル８の両端の電圧つまりエキサイタ電圧が予定のゲートトリガ電圧になるとゲートトリガを出力する。このゲートトリガによってサイリスタ１３が導通してコンデンサ１７の蓄積電荷によりイグニッションコイル１２の一次側コイルＴ１に一次電圧が印加される。イグニッションコイル１２の二次側コイルＴ２はエンジンの点火プラグ１８に接続される。一次側コイルＴ１に流れる電流によって二次側コイルＴ２には巻線比に応じた高電圧が誘起される。
【００２３】
図４は、上記点火回路の動作を示すタイミングチャートである。図４を参照して上記点火回路の動作を説明する。スタータモータやスタートロープ等周知のエンジン始動操作手段を使ってクランク軸２を図１，２の矢印Ｒで示す方向に回転させると、ロータ１も一体で回転する。
【００２４】
ロータ１の回転により、誘導子１１が鉄心４に接近・離間する。これに伴って鉄心４内の磁束の向きや磁束数が変化する。まず、誘導子１１の回転方向先端が磁極５を通過して磁極６に近づくにつれて、図４（ａ）に示すように、エキサイタコイル８を巻装した磁極６内の磁束Φ１が増大する。そして、誘導子１１の回転方向後端が磁極６から離れていくと磁束Φ１は減少する。これとは反対に誘導子１１の先端が磁極７に近付くので磁束Φ２は増大し始める。そして、誘導子の回転方向後端が磁極７から離れていくにつれて磁束φ２は減少する。
【００２５】
このような磁束Φ１，Φ２の磁束数の変化や磁束の向きに対応してエキサイタコイル８には逆起電圧つまりエキサイタ電圧Ｖが生じ、このエキサイタ電圧Ｖは、図４（ｂ）に示すように磁束数の変化速度に応じて変化する。磁束数が急激に増減すれば誘起される電圧も大きい。コンデンサ１７はエキサイタ電圧Ｖのプラス側電圧Ｖ１によって充電される。ゲート回路１６のゲートトリガ電圧はマイナス電圧値Ｖｇに設定されていて、エキサイタ電圧Ｖがマイナス電圧値Ｖｇより低くなったときにゲート回路１６はサイリスタ１３にゲートトリガをトリガする。
【００２６】
図４（ｃ）はコンデンサ１７の電圧変化を示す図である。コンデンサ１７はエキサイタ電圧Ｖがプラス側に転じたときから充電開始される。エキサイタ電圧Ｖがマイナス電圧値Ｖｇより低くなったときに、サイリスタ１３が導通されるので、コンデンサ１７の蓄積電荷はイグニッションコイル１２の一次側コイルＴ１に放出され、コンデンサ１７の電圧Ｖｃは低下する（実質的にゼロになる）。
【００２７】
なお、このゲートトリガ電圧Ｖｇを変更したり、ゲートトリガ回路１６内でトリガ信号を遅延される等により点火位相の調節を簡単に行うことができる。
【００２８】
図４（ｄ）は、イグニッションコイル１２の二次側電圧を示す図である。コンデンサ１７の放電によってイグニッションコイル１２の一次側コイルＴ１に急激に電流が流入し、この電流によって、イグニッションコイル１２の二次側コイルＴ２には図４（ｄ）のような高圧の二次側電圧Ｖ２が誘起される。この二次側電圧Ｖ２によって点火プラグ１８の電極間に放電が生じ、エンジンに点火される。この放電によってイグニッションコイル１２の二次側コイルＴ２内のエネルギは放出され、二次側電圧Ｖ２は低下する。
【００２９】
ロータ１、誘導子１１、および鉄心４の位置、ならびにゲートトリガ電圧は、前記イグニッションコイル１２の一次側コイルＴ１へのコンデンサ１７の放電が、エンジンの点火に適した時期となるように設定される。
【００３０】
上述の永久磁石１０は、電磁鋼板が積層された鉄心４内に形成される孔に嵌挿されているだけなので、両端面が鉄心４の表面および裏面に露出している。このため永久磁石１０の端面を覆って永久磁石の脱落や水分の浸入を防ぐためのカバーを設ける必要がある。図５は永久磁石１０の端面を覆うカバーを設けたエキサイタの正面図、図６は側面図、図７は下面図である。カバー２０は、例えば、ＰＢＴ（ポリ・ブチレン・テレフタレート）等の樹脂材料からなり、エキサイタコイル８を覆うコイルケースと一体に形成される。カバー２０は、ボビン９に巻かれたエキサイタコイル８を収容するコイルケース部分２０１と、コイルケース部分２０１から側方に張り出した磁石カバー部分２０２とからなる。磁石カバー部分２０２は、図７に示すように下面視で環状に形成され、少なくとも内周が磁極５，７を取り囲む矩形形状をなしている。つまり磁極５，７の、永久磁石１０の設置位置周辺を取り巻く筒状をなしている。こうして、永久磁石１０は、磁極５，７を取り巻く磁石カバー部分２０２によって両端面が覆われる。
【００３１】
カバー２０は、エキサイタコイル８が巻かれた状態のボビン９を鉄心４の磁極６に挿入した後に鉄心４と一体に樹脂モールドにより成型してもよいし、カバー２０を鉄心４と別部品として成型し、後工程で、カバー２０を鉄心４に組み付けてもよい。一体成型によれば、カバー２０の成型と同時に永久磁石１０は鉄心４内に封止される。
【００３２】
後工程でカバー２０を鉄心４に組み付ける手順を説明する。図８は、カバー２０とエキサイタコイル８およびボビン９とを取り除いたエキサイタ３、つまり永久磁石１０が嵌挿された鉄心４の正面図、図９は鉄心４の側面図であり、図１０はカバー２０の正面図、図１１はカバー２０の側面図である。図８，図９のように、鉄心４は、永久磁石１０が嵌挿された状態で準備される。一方、図１０，図１１に示すように、エキサイタコイル８を巻いたボビン９を有するカバー２０を樹脂で一体成型して準備する。そして、このカバー２０を鉄心４に組み付ける。ボビン９の孔９１に磁極６が挿入され、磁石カバー部分２０２に磁極５，７が挿入されてカバー２０およびエキサイタコイル８と鉄心４とは一体に組み立てられる。
【００３３】
上述のカバー２０は、磁極５，７を取り巻くように形成された磁石カバー部分２０２を設けたが、永久磁石１０の端面のみを覆うように簡略化してもよい。図１２は、カバー２０の変形例に係る正面図である。図１２において、カバー２０は、磁石カバー部分２０２が、磁極５，７を取り巻く部分を有していない。つまり磁極５，７の外側の面は開放されたままであり、磁石カバー部分２０２は、少なくとも永久磁石１０の両端面を覆うように構成される。
【００３４】
図１２に示したカバー２０をさらに簡略化することができる。例えば、カバー２０は簡略化して永久磁石１０の一端面だけをこのカバー２０で覆うようにして、他方の端面は他の隣接部材で覆うようにすることができる。図１３は、永久磁石の一端面をカバー２０の磁石カバー部分２０２で覆い、他方の面をエンジンのシリンダブロック２１で覆う構造を示す鉄心４の側面図である。
【００３５】
図１３において、鉄心４は、エンジンのシリンダブロック２１に取り付けられる。具体的には、シリンダブロック２１は鉄心４を受けるボス２２を有しており、このボス２２に形成されるねじ孔にボルト２３を螺合することによって鉄心４をボス２２に固定する。鉄心４には、ボルト２３を通す長孔２４が設けられる。ボス２２は、永久磁石１０の端面の片方を覆う領域まで拡大して形成する。こうして、永久磁石１０の端面の一側は、鉄心４をボス２２に取り付けた状態でボス２２の拡大面によって覆われる。
【００３６】
また、カバー２０は次のように変形できる。上述のカバー２０はエキサイタコイル８と永久磁石１０の端面を覆う一体の部材であるが、エキサイタコイル８および永久磁石１０の端面はそれぞれ別々の部材で覆うことができる。
【００３７】
図１４は、磁極５，７に設けられた永久磁石１０の端面の一方を覆う専用のカバーを示す斜視図であり、図１５は、このカバーを磁極５に取り付けた例を示す鉄心の正面図である。永久磁石専用カバー２６は、樹脂材料で形成されており、磁極５，７のそれぞれの正面と両側面に対向する面を有し、正面に対向する面で永久磁石１０の端面の一方を覆うことができるように形成される。永久磁石専用カバー２６には、鉄心４をボス２２に固定するボルト２３を通すことができる長孔２７を有する。
【００３８】
カバー２６を磁極５にあてがい、ボルト２３を長孔２７および鉄心４の長孔２４を貫通させてボス２２に螺合することによって、永久磁石専用カバー２６および鉄心４はボス２２に固定される（図１５参照）。永久磁石専用カバー２６は、磁極７に対しても同様に取り付けられる。
【００３９】
カバー２０は、永久磁石１０を覆う機能を果たしつつ、樹脂材料で形成されているので永久磁石１０の磁気短絡を防止できる。永久磁石１０の端面を覆う永久磁石専用カバー２６も、永久磁石１０の磁気短絡を防止するためにアルミニューム等の非磁性体の材料で構成される。
【００４０】
上述の実施形態は、本発明の磁石発電装置をエンジンのＣＤＩ式点火装置に適用した例であるが、発電用コイルとしてエキサイタコイル８とイグニッションコイル１２を兼用する形式の自己トリガ式点火装置にも適用することができ、さらには本発明は、点火装置に限定されず、バッテリ充電用や灯火装置点灯用の発電装置として適用できる。
【００４１】
誘導子１１は、単数に限らず、ロータ１の周面に複数配置してもよい。発電装置として本発明を適用する場合は、誘導子１１を複数設けることによって、大きい発電出力を得ることができる。
【００４２】
また、鉄心４をロータ１の外周面に対向して配置するのに限らず、有底円筒つまり椀状ロータの外周縁の内面側に鉄心４を配置することもできる。その場合は、ロータ１の回転に際して誘導子１１が鉄心４との対向領域を通過するように、誘導子１１もロータ１の内面側に配置する。
【００４３】
なお、上述の実施形態では本発明をエンジンで駆動される発電装置に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されず、エンジン以外の駆動源によって駆動される発電装置にも同様に適用できる。また、前記誘導子１１はロータ１の外周面や内周面に設けるのに限定されず、外周側面等、外周近くの面（周面）に設けてあればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】発明の一実施形態に係るエンジン点火装置の要部構成を示す正面図（その１）である。
【図２】発明の一実施形態に係るエンジン点火装置の要部構成を示す正面図（その２）である。
【図３】発電コイル８を含む充電回路の一例を示す図である。
【図４】充電回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】コイルケースと一体化されている永久磁石カバーの正面図である。
【図６】コイルケースと一体化されている永久磁石カバーの側面図である。
【図７】コイルケースと一体化されている永久磁石カバーの下面図である。
【図８】永久磁石が組み込まれた鉄心の正面図である。
【図９】永久磁石が組み込まれた鉄心の側面図である。
【図１０】コイルが組み込まれた永久磁石カバーの正面図である。
【図１１】コイルが組み込まれた永久磁石カバーの側面図である。
【図１２】コイルケースと一体化されている永久磁石カバーの正面図である。
【図１３】エンジンに取り付けられた点火装置の側面図である。
【図１４】永久磁石専用カバーの斜視図である。
【図１５】永久磁石専用カバーを装着した鉄心の正面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…ロータ、  ２…クランク軸、  ３…エキサイタ、  ４…鉄心、  ５，６，７…磁極、  ８…エキサイタコイル、  １０…永久磁石、  １１…誘導子、  １２…イグニッションコイル、  ２０…カバー、  ２６…永久磁石専用カバー、  ２０１…コイルケース部分、  ２０２…磁石カバー部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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